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万物互联时代,Wi-Fi如何解决多设备信道拥堵问题?

Simon观察 来源:电子发烧友网 作者:黄山明 2023-12-11 01:17 次阅读

电子发烧友网报道(文/黄山明)作为生活中最常见的无线通信技术,Wi-Fi几乎已经融入到了每个可以通信产品中。伴随着智能家居渗透率的提升,家中的通信设备也在不断增多,并且随着生成式AI的加入,也对更多的智能设备提出了更高的信号传输要求。而作为Wi-Fi6的核心技术,OFDMA与MU-MIMO的出现,让这一问题得以解决。并且在Wi-Fi7中,MLO与MRU技术的出现,让万物互联进一步成为现实。

OFDMA与MU-MMO技术

与Wi-Fi5相比,Wi-Fi6最大的变化就是新加入了OFDMA与MU-MIMO技术。其中OFDMA技术主要是多个终端能同时进行数据传输,有效降低时延,这也是从Wi-Fi5的OFDM技术中演进而来。

所谓的OFDM(正交频分复用)技术是一种多载波传输方案,可以将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。并且正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰。

同时,每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上可以看成平坦性衰落,从而可以消除码间串扰。由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易。

但问题是当有多个信号需要传输时,OFDM只能一个一个接送,这显然拖累了信号的传输效率。那么,能否同时传输多个信号呢?这就是OFDMA技术。

其基本原理是将整个频带分成多个子载波,每个子载波可以分配给一个用户或一组用户。这种技术可以有效地提高频谱利用率,允许多个用户同时使用同一频段,实现多用户的并行传输。

在OFDMA系统中,每个子载波都可以被分配给不同的用户,从而解决了多用户间的干扰问题,因为每个用户只使用自己分配的子载波。这种频谱分配方式也提高了频谱的利用率,使得更多的用户可以同时使用同一个频带。

OFDMA技术的另一个优点是它可以很好地支持移动用户,因为它可以动态地分配子载波,从而适应不同用户的速率需求和移动速度。这种技术可以有效地降低用户的等待时间和通信时延。

但新的问题出现了,如果信号数量太多,一次无法全部输出,那么就需要使用到MU-MIMO技术了。这项技术也是从Wi-Fi5上的SU-MIMO技术演进而来。

在SU-MIMO中,空间复用的数据流调度给一个单独的用户,所有的资源都分配给单个用户,并且将提高单个用户的吞吐量。这种技术可以增加无线通信的频谱效率和数据传输速率,但同时只能服务于一个用户。

而在MU-MIMO中,空间复用的数据流调度给多个用户,多个用户通过空分方式共享同一时频资源,系统可以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分集增益。这种技术可以在同一时间内服务多个用户,提高频谱利用率和系统容量。

Wi-Fi7上的MLO与MRU

在Wi-Fi7上,这两项技术再次进行了升级,以应对越来越多智能设备对通信的需求。比如Wi-Fi7的MU-MIMO技术从过去最多支持8条空间流,拓展到支持16条空间流,提升了一倍。

这依赖于Wi-Fi7中引入的MLO技术,也就是多链路传输技术(Multi-LinkOperation),可以在一个AP中,有多个射频芯片,包括2.4GHz芯片、5GHz芯片以及6GHz芯片,意味着它允许多个无线连接同时进行,从而增加网络容量和覆盖范围。MLO可以同时使用多个频段进行数据传输,使得数据流可以在多个通道上并行传输,提高了网络的速度和稳定性。

与MU-MIMO不同的是,MU-MIMO局限于AP中的同一个射频芯片,对外建立16条通信链路,当然这些通信链路可以与一个STA建立,也可以与多个STA建立。而MLO技术,则是指在一个AP中的多个视频芯片同时与一个STA建立通信链路。

简而言之,MU-MIMO技术主要通过同时与多个用户进行通信来提高网络容量,而MLO技术则通过同时使用多个频段来增加网络容量和覆盖范围。

而OFDMA技术在Wi-Fi7中同样得到了升级,这就是MRU,中文名称为多资源单元(MultipleResourceUint)。我们已经知道OFDMA可以在一个最小时间单位里,同时向多个用户同时发送信息,大大提升了资源利用率。

OFDMA也引入了RU(资源单元)的概念,但一个单元中有多少子载波并不是随意组合的。Wi-Fi标准中有明确规定,比如26-toneRU(即26个子载波组成一个RU),此外还有52-toneRU,106-toneRU,242-toneRU,484-toneRU、996-toneRU、1992-toneRU等。

Wi-Fi7的OFDMA中,一个用户只能对应一个RU,而到了Wi-Fi7,一个用户可以被分配多个RU。路由器或AP会根据设备的优先级和网络需求,将资源单元分配给优先级较高的设备,并根据MRU来计算每个设备应该使用的子载波。

由于这些子载波是相互正交的,因此它们不会相互干扰,从而提高了网络性能和效率。并且MRU技术可以根据网络需求和设备状况动态调整资源分配,实现更灵活和高效的资源管理,提高了网络的性能和稳定性。

不过并非是任意两个RU都可以组成一个MRU,前提条件是只有在同一类中的RU才可以组合成一个MRU,即必须同为小部RU,或同为大部RU,才可以组成一个MRU。或许在未来的进一步升级后,这种限制也将被取消。

小结

在智能通信设备的不断增加与Wi-Fi技术不断发展下,通过Wi-Fi6中出现的OFDMA与MU-MIMO技术来实现连接多个设备的目的,再通过Wi-Fi7中的MLO与MRU技术来进一步优化多设备连接的使用体验。或许在未来的Wi-Fi技术中将进一步解决更多设备互联互通的问题,以适应当下这个万物互联的时代。

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